JP3726290B2 - Active vibration control actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、電磁石の磁力によって、振動体の振動を減衰する能動型制振用アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のアクチュエータとしては、例えばボイスコイルモータ(リニアモータ)がある。このボイスコイルモータは、ロッドを介して振動体に連結され、振動体の振動に応じて、振動体を押し引きし、これにより振動体の振動を減衰させる。このボイスコイルモータの推力は、電流に比例するので、高精度の制御を行い易いという利点を持つ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボイスコイルモータは、その推力が1方向にだけ作用するので、1つのボイスコイルモータによって、1方向の振動しか制御することができない。このため、縦横高さという3つの方向のそれぞれの振動を制御する場合は、ボイスコイルモータの数が増加し、装置が複雑化して、高価になるという問題点があった。
【0004】
そこで、この発明の課題は、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することが可能な能動型制振用アクチュエータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、電磁石と磁性体を相互に接近させて配置し、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動に応じて、電磁石の磁力を変更することにより、この振動を減衰する能動型制振用アクチュエータにおいて、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設している。
【0006】
また、電磁石の磁力線に略直交する方向で、電磁石と磁性体の相互間に発生する振動を検出する振動検出手段と、バイアス電流を電磁石に流すバイアス手段とを更に備え、バイアス手段は、振動検出手段によって検出された振動に応じて、バイアス電流を変更している。
【0007】
【作用】
この発明の能動型制振用アクチュエータでは、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設している。このため、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動を減衰させるときには、電磁石の磁力線が非磁性体の導電板を貫き、この導電板にうず電流が生じる。これにより、電磁石と導電板間には、抵抗力(ローレンツ力)が発生する。この抵抗力は、電磁石の磁力線と直交する方向に発生し、同一の方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動を抑制する。すなわち、電磁石の磁力を変更することにより、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動が減衰されるばかりか、電磁石と導電板間の抵抗力により、電磁石の磁力線と直交する方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動が減衰される。ここで、前者の振動の方向は、この振動が電磁石の磁力によって減衰されるから、電磁石の磁力線の方向と一致し、後者の振動の方向と異なる。したがって、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することとなる。
【0008】
また、この能動型制振用アクチュエータでは、振動検出手段と、バイアス手段とを更に備え、バイアス手段は、振動検出手段によって検出された振動に応じて、電磁石に流すバイアス電流を変更している。ここで、振動検出手段によって検出された振動は、電磁石の磁力線に略直交する方向に発生したものであり、この振動に応じて、電磁石のバイアス電流が増減される。したがって、この振動に応じて、導電板を貫く電磁石の磁力線の数が増減されて、電磁石と導電板間の抵抗力が増減されることとなり、これにより振動の速やかな減衰が可能になる。
【0009】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【0010】
図1は、この発明の能動型制振用アクチュエータの一実施例を示している。この能動型制振用アクチュエータの機構部は、上下に配置された一対の電磁石1,2と、これらの電磁石1,2間に配置された磁性体3とを備え、この磁性体3の上下面に、非磁性体の各導電板4,5を固定している。
【0011】
図2は、このアクチュエータの機構部を側方から見て示し、また図3は、このアクチュエータの機構部を上方から見て示している。これらの図に示すように、電磁石用支持柱6を突設して、この電磁石用支持柱6に一対の電磁石1,2を固定している。同様に、磁性体用支持柱7を突設して、この磁性体用支持柱7に磁性体3を固定している。
【0012】
この能動型制振用アクチュエータは、図4および図5に示すような防振台に適用される。この防振台では、基台11の4箇所に、各空気バネ12を配設し、これらの空気バネ12の上に、振動絶縁板13を載せている。
【0013】
これらの空気バネ12と同様に、基台11の4箇所に、各電磁石用支持柱6を突設し、これらの電磁石用支持柱6によって、それぞれの一対の電磁石1,2を支持する。また、振動絶縁板13の下面の4箇所に、各磁性体用支持柱6を突設し、これらの磁性体用支持柱7によって、各磁性体3を支持する。
【0014】
ここで、振動絶縁板13が振動すると、これに伴って、各磁性体3も振動する。このとき、各磁性体3毎に、磁性体3の振動が減衰するように、一対の電磁石1,2の磁力を調節すると、振動絶縁板13の振動を減衰させるとことができる。
【0015】
この振動を減衰させるための制御を次に述べる。なお、説明の簡単化のために、図1には、一対の電磁石1,2と、1つの磁性体3が示されている。
【0016】
図1において、磁性体用支持柱7には、z方向加速度検出器14およびz方向変位検出器15が固定されている。z方向加速度検出器14は、振動絶縁板13の振動に伴う磁性体3のz方向(高さ方向)の加速度を検出し、検出信号Zg を積分回路16に加える。積分回路16は、加速度を示す検出信号Zg を積分して、z方向の速度を示す信号Zv1を形成し、この信号Zv1をゲイン調整用アンプ17を介して加算器18に加える。
【0017】
z方向変位検出器15は、当該変位検出器15と磁性体3の間隙l、つまり磁性体3のz方向の位置を検出し、検出信号Zl を出力する。この検出信号Zl は、ゲイン調整用アンプ19を介して加算器18に加えられるとともに、微分回路20に加えられる。
【0018】
微分回路20は、位置を示す検出信号Zl を微分して、z方向の速度を示す信号Zv2を形成し、この信号Zv2をゲイン調整用アンプ21を介して加算器18に加える。
【0019】
したがって、加算器18には、z方向の加速度を積分して求められた速度を示す信号Zv1、z方向の位置を示す信号Zl 、およびz方向の位置を微分して求められた速度を示す信号Zv2が加えられる。この加算器18は、信号Zv1、信号Zl 、および信号Zv2を加算して、この和を示す信号(Zv1+Zl +Zv2)を出力する。この信号(Zv1+Zl +Zv2)は、加算器22に加えられるとともに、反転回路23によって反転されてから、加算器24に加えられる。
【0020】
一方、磁性体用支持柱7には、x方向加速度検出器25が固定されている。このx方向加速度検出器25は、振動絶縁板13の振動に伴う磁性体3のx方向の加速度、つまり横方向の加速度を検出し、検出信号Xg を積分絶対値回路26に加える。積分絶対値回路26は、加速度を示す検出信号Xg を積分して、x方向の速度の絶対値を求め、この速度の絶対値を示す信号|Xv |を形成し、この信号|Xv |をバイアス調整用アンプ27を介して加算器28に加える。加算器28は、信号|Xv |と、予め設定されたバイアス電圧Vb を加算して、これらの和を示す信号(Vb +|Xv |)を各加算器22,24に加える。
【0021】
加算器22は、信号(Zv1+Zl +Zv2)と、信号(Vb +|Xv |)を加算し、この和を示す信号(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)を出力する。この信号(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)は、パワーアンプ29に加えられて、ここで増幅され、下側の電磁石2に加えられる。また、加算器24は、信号−(Zv1+Zl +Zv2)と、信号(Vb +|Xv |)を加算し、この和を示す信号−(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)を出力する。この信号−(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)は、パワーアンプ30に加えられて、ここで増幅され、上側の電磁石1に加えられる。
【0022】
さて、例えば振動絶縁板13が全く静止しているとすると、z方向加速度検出器14によって検出される加速度と、x方向加速度検出器25によって検出される加速度が「0」となるので、各信号Zv1,Zv2,|Xv |によって示される速度も「0」となり、z方向変位検出器15からの信号Zl と、バイアス電圧Vb のみが残る。このため、信号(Zl +Vb )が各パワーアンプ29,30を介して一対の電磁石1,2に加えられる。この場合、各電磁石1,2には、同一レベルのバイアス電流が流れ、これらの電磁石1,2は、同一の磁力を発生する。これにより、磁性体3は、各電磁石1,2の磁力によって、これらの電磁石1,2の略中央に保持される。
【0023】
また、このときには、各電磁石1,2間の磁力線が磁性体3の各導電板4,5を略垂直に貫く。これにより、各導電板4,5には、うず電流が発生し、各導電板4,5と各電磁石1,2間に、抵抗力(ローレンツ力)が発生する。この抵抗力は、各電磁石1,2間の磁力線と略直交する方向に発生するので、磁性体3のx方向の変位が抑制される。
【0024】
ここで、各電磁石1,2間には、磁性体3が位置するので、これらの電磁石1,2間に多数の磁力線が発生し易い。このため、各導電板4,5に大きなうず電流が発生して、各導電板4,5と各電磁石1,2間に充分な抵抗力が発生する。したがって、この抵抗力は、磁性体3の変位の抑制に有効であり、振動絶縁板13の振動の減衰に充分に役立つ。
【0025】
次に、振動絶縁板13に振動が発生し、この振動の振幅がx方向とすると、x方向加速度検出器25によって加速度が検出され、積分絶対値回路26からは信号|Xv |が出力され、信号(Zl +Vb +|Xv |)が各パワーアンプ29,30を介して各電磁石1,2に加えられる。
【0026】
したがって、振動絶縁板13にx方向の振動が発生したときには、各電磁石1,2の電流が増加して、各導電板4,5を貫く磁力線の数が増加し、各導電板4,5と各電磁石1,2間の抵抗力が大きくなる。これにより、振動絶縁板13のx方向の振動が速やかに減衰される。
【0027】
次に、振動絶縁板13にz方向の振動が発生したとすると、z方向加速度検出器14によって加速度が検出され、z方向変位検出器15によって位置が検出される。このため、加算器18には、積分回路16からの信号Zv1、z方向変位検出器15からの信号Zl 、および微分回路20からの信号Zv2が加えられ、ここで信号(Zv1+Zl +Zv2)が求められる。
【0028】
このとき、振動絶縁板13の振動にx方向の成分が含まれず、信号|Xv |によって示される速度が「0」であれば、加算器22は、信号(Zv1+Zl +Zv2)と、信号Vb を加算し、この和を示す信号(Zv1+Zl +Zv2)+Vb を出力する。この信号(Zv1+Zl +Zv2)+Vb は、パワーアンプ29を介して下側の電磁石2に加えられる。また、加算器24は、信号−(Zv1+Zl +Zv2)と、信号Vb を加算し、この和を示す信号−(Zv1+Zl +Zv2)+Vb を出力する。この信号−(Zv1+Zl +Zv2)+Vb は、パワーアンプ30を介して上側の電磁石1に加えられる。
【0029】
ここで、例えば振動絶縁板13の振動によって、磁性体3が上方に変位したとすると、パワーアンプ29の信号(Zv1+Zl +Zv2)+Vb が大きくなって、下側の電磁石2の磁力が大きくなる。また、パワーアンプ30の信号−(Zv1+Zl +Zv2)+Vb が小さくなって、上側の電磁石1の磁力が小さくなる。つまり、磁性体3が上方に変位したときには、下側の電磁石2の磁力が大きくなるとともに、上側の電磁石1の磁力が小さくなり、これにより磁性体3が下方に引き戻される。
【0030】
逆に、磁性体3が下方に変位したとすると、パワーアンプ29の信号(Zv1+Zl +Zv2)+Vb が小さくなって、下側の電磁石2の磁力が小さくなる。また、パワーアンプ30の信号−(Zv1+Zl +Zv2)+Vb が大きくなって、上側の電磁石1の磁力が大きくなる。これにより、磁性体3が上方に引き戻されることとなる。
【0031】
すなわち、振動絶縁板13にz方向の振動が発生したときには、各電磁石1,2の磁力に偏差が生じて、磁性体3が元の位置へと戻され、これにより振動絶縁板13のz方向の振動が速やかに減衰される。
【0032】
なお、振動絶縁板13の振動に、x方向の成分とz方向の成分が共に含まれている場合は、パワーアンプ29から信号(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)が出力されるとともに、パワーアンプ30から信号−(Zv1+Zl +Zv2)+(Vb +|Xv |)が出力され、これによりx方向とz方向の振動が共に減衰される。
【0033】
ところで、振動絶縁板13が静止しているときには、先に述べたように信号(Zl +Vb )に対応するバイアス電流が各電磁石1,2に流れる。そして、振動絶縁板13がz方向に振動すると、これらの電磁石1,2の電流が増減される。したがって、バイアス電流が流れているときの各電磁石1,2の磁力を基準にして、これらの電磁石1,2の磁力が増減される。このバイアス電流は、各電磁石1,2の最大許容電流の略1/2に設定するのが最も好ましい。これは、各電磁石1,2の電流が最大許容電流の略1/2に近いときに、電流と磁力の比例関係が保たれるので、振動の減衰制御を安定に行えるからである。
【0034】
また、各電磁石1,2間の磁力線と略直交する方向に発生する抵抗力は、磁性体3のx方向の変位ばかりでなく、y方向(図3に示す)の変位も抑制する。したがって、x方向の振動と同様に、磁性体3のy方向の加速度を検出し、このy方向の加速度に応じて、各電磁石1,2の電流を増加して、この抵抗力を大きくしても良い。これにより、xyzの3つの方向について、振動の減衰制御が可能になる。
【0035】
なお、電磁石の構造、磁性体の材質、あるいは導電板の材質等は、適宜に選択できる。また、振動の検出から、電磁石に電流を流すまでの制御系の構成は、多様に変形することが可能である。
【0036】
【効果】
以上説明したように、この発明の能動型制振用アクチュエータでは、電磁石の磁力線が略垂直に貫く非磁性体の導電板を磁性体に配設しているので、この導電板にうず電流が生じて、電磁石の磁力線と直交する方向に抵抗力が発生する。このため、電磁石の磁力を変更することにより、電磁石と磁性体の相互間に発生した振動を減衰できるばかりか、電磁石と導電板間の抵抗力により、電磁石の磁力線と直交する方向に発生した電磁石と磁性体の相互間の振動を減衰できる。すなわち、複数の方向のそれぞれの振動を共に制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の能動型制振用アクチュエータの一実施例を示す図
【図2】この実施例のアクチュエータの機構部を示す側面図
【図3】この実施例のアクチュエータの機構部を示す平面図
【図4】この実施例のアクチュエータを適用した防振台を示す側面図
【図5】この実施例のアクチュエータを適用した防振台を示す正面図
【符号の説明】
1,2 電磁石
3 磁性体
4,5 導電板
6 電磁石用支持柱
7 磁性体用支持柱
14 z方向加速度検出器
15 z方向変位検出器
16 積分回路
18,22,24,28 加算器
20 微分回路
23 反転回路
25 x方向加速度検出器
26 積分絶対値回路
29,30 パワーアンプ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an active vibration damping actuator that attenuates vibration of a vibrating body by the magnetic force of an electromagnet.
[0002]
[Prior art]
An example of this type of actuator is a voice coil motor (linear motor). The voice coil motor is connected to a vibrating body via a rod, and pushes and pulls the vibrating body according to the vibration of the vibrating body, thereby attenuating the vibration of the vibrating body. Since the thrust of the voice coil motor is proportional to the current, there is an advantage that high-precision control can be easily performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the thrust of the voice coil motor acts only in one direction, only one direction of vibration can be controlled by one voice coil motor. Therefore, when controlling the vibrations in the three directions of height and width, there is a problem that the number of voice coil motors increases, the apparatus becomes complicated, and the cost becomes high.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide an active vibration damping actuator that can control vibrations in a plurality of directions together.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention arranges an electromagnet and a magnetic body close to each other, and changes the magnetic force of the electromagnet according to the vibration generated between the electromagnet and the magnetic body. In an active vibration damping actuator that attenuates vibrations, a non-magnetic conductive plate through which a magnetic field line of an electromagnet penetrates substantially vertically is disposed on the magnetic body.
[0006]
The apparatus further comprises vibration detecting means for detecting vibration generated between the electromagnet and the magnetic body in a direction substantially perpendicular to the magnetic field lines of the electromagnet, and bias means for causing a bias current to flow through the electromagnet. The bias current is changed according to the vibration detected by the means.
[0007]
[Action]
In the active vibration damping actuator of the present invention, a non-magnetic conductive plate through which the magnetic field lines of the electromagnet penetrate substantially vertically is disposed on the magnetic material. For this reason, when the vibration generated between the electromagnet and the magnetic material is attenuated, the magnetic lines of force of the electromagnet penetrate through the non-magnetic conductive plate, and an eddy current is generated in the conductive plate. Thereby, a resistance force (Lorentz force) is generated between the electromagnet and the conductive plate. This resistance force is generated in a direction orthogonal to the magnetic field lines of the electromagnet, and suppresses vibration between the electromagnet and the magnetic material generated in the same direction. That is, by changing the magnetic force of the electromagnet, not only the vibration generated between the electromagnet and the magnetic material is attenuated, but also the electromagnet generated in the direction perpendicular to the magnetic field lines of the electromagnet due to the resistance force between the electromagnet and the conductive plate. And the vibration between the magnetic material is attenuated. Here, since the vibration is attenuated by the magnetic force of the electromagnet, the direction of the former vibration coincides with the direction of the magnetic field lines of the electromagnet and is different from the latter. Therefore, both vibrations in a plurality of directions are controlled together.
[0008]
In addition, the active vibration damping actuator further includes vibration detection means and bias means, and the bias means changes the bias current flowing through the electromagnet according to the vibration detected by the vibration detection means. Here, the vibration detected by the vibration detection means is generated in a direction substantially orthogonal to the magnetic field lines of the electromagnet, and the bias current of the electromagnet is increased or decreased according to this vibration. Therefore, according to this vibration, the number of lines of magnetic force of the electromagnet penetrating the conductive plate is increased or decreased, and the resistance force between the electromagnet and the conductive plate is increased or decreased, thereby enabling quick attenuation of the vibration.
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0010]
FIG. 1 shows an embodiment of an active vibration damping actuator according to the present invention. The mechanism portion of the active vibration damping actuator includes a pair of
[0011]
FIG. 2 shows the mechanism of the actuator as viewed from the side, and FIG. 3 shows the mechanism of the actuator as viewed from above. As shown in these drawings, an
[0012]
This active vibration damping actuator is applied to a vibration isolation table as shown in FIGS. In this vibration isolator, the
[0013]
Similarly to these
[0014]
Here, when the
[0015]
The control for attenuating this vibration will be described next. For simplification of explanation, FIG. 1 shows a pair of
[0016]
In FIG. 1, a z-
[0017]
z
[0018]
The differentiating
[0019]
Therefore, the adder 18 has a signal Z v1 indicating the speed obtained by integrating the acceleration in the z direction, a signal Z l indicating the position in the z direction, and a speed obtained by differentiating the position in the z direction. The indicated signal Z v2 is applied. The adder 18 adds the signal Z v1 , the signal Z l , and the signal Z v2 and outputs a signal (Z v1 + Z l + Z v2 ) indicating the sum. This signal (Z v1 + Z 1 + Z v2 ) is applied to the
[0020]
On the other hand, an
[0021]
The
[0022]
For example, if the
[0023]
At this time, the magnetic lines of force between the
[0024]
Here, since the
[0025]
Next, if vibration is generated in the
[0026]
Therefore, when vibration in the x direction occurs in the
[0027]
Next, if vibration in the z direction is generated in the
[0028]
At this time, if the vibration in the
[0029]
Here, for example, if the
[0030]
On the other hand, if the
[0031]
In other words, when vibration in the z direction occurs in the
[0032]
If the vibration of the
[0033]
By the way, when the
[0034]
Further, the resistance force generated in the direction substantially orthogonal to the magnetic field lines between the
[0035]
The structure of the electromagnet, the material of the magnetic body, the material of the conductive plate, etc. can be selected as appropriate. Further, the configuration of the control system from the detection of vibration until the current is passed through the electromagnet can be variously modified.
[0036]
【effect】
As described above, in the active vibration damping actuator according to the present invention, the non-magnetic conductive plate through which the magnetic field lines of the electromagnet penetrate substantially perpendicularly is disposed on the magnetic material, so an eddy current is generated in the conductive plate. Thus, a resistance force is generated in a direction perpendicular to the magnetic field lines of the electromagnet. For this reason, by changing the magnetic force of the electromagnet, not only the vibration generated between the electromagnet and the magnetic body can be attenuated, but also the electromagnet generated in the direction perpendicular to the magnetic field lines of the electromagnet due to the resistance force between the electromagnet and the conductive plate. Can attenuate the vibration between the magnet and the magnetic material. That is, it is possible to control each vibration in a plurality of directions together.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an active vibration damping actuator according to the present invention. FIG. 2 is a side view showing a mechanism portion of the actuator of this embodiment. FIG. 3 is a mechanism portion of the actuator of this embodiment. FIG. 4 is a side view showing a vibration isolation table to which the actuator of this embodiment is applied. FIG. 5 is a front view of the vibration isolation table to which the actuator of this embodiment is applied.
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上下に配置された対の電磁石を備え、この上下の電磁石間に前記磁性体を配置し、この磁性体の上下面に前記電磁石の磁力線が略垂直方向に貫く非磁性体の導電板を配設し、前記上下の電磁石に同一レベルのバイアス電流を流し、この上下の電磁石の磁力の増減により高さ方向、即ちz軸方向の振動を減衰させ、さらに、前記バイアス電流により前記導電板と電磁石間に上下の電磁石間の磁力線と直交する方向の抵抗力を発生させて前記磁性体の、電磁石の磁力線と直交するx軸方向及びx軸と直角なy軸方向への変位を制御するようにした能動型制振用アクチュエータ。In the active type vibration damping actuator that attenuates the vibration by arranging the electromagnet and the magnetic body close to each other and changing the magnetic force of the electromagnet according to the vibration generated between the electromagnet and the magnetic body.
A pair of electromagnets are provided above and below, the magnetic body is disposed between the upper and lower electromagnets, and a non-magnetic conductive plate through which the lines of magnetic force of the electromagnet penetrate in a substantially vertical direction is disposed on the upper and lower surfaces of the magnetic body. A bias current of the same level is supplied to the upper and lower electromagnets, and vibrations in the height direction , that is, the z-axis direction are attenuated by increasing and decreasing the magnetic force of the upper and lower electromagnets. And generating a resistance force in a direction perpendicular to the magnetic field lines between the upper and lower electromagnets to control the displacement of the magnetic material in the x-axis direction perpendicular to the magnetic field lines of the electromagnet and in the y-axis direction perpendicular to the x-axis. Active vibration control actuator.
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